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计及动态负载的气动肌肉驱动器迟滞模型

高技术通讯 2022年第4期32卷 430-440页

作者：陈志培谢贤铨陶志成朱李垚鲍官军浙江工业大学机械工程学院杭州310023

气动人工肌肉是一种新型的柔顺性驱动器,但由于采用硅胶等非线性材料而存在明显的迟滞现象,并且其滞环参数随着负载的不同而变化。本文基于广义Prandtl-Ishlinskii迟滞模型,引入气动肌肉的负载参数,建立了计及动态负载的迟滞模型Load-de... 详细信息

气动人工肌肉是一种新型的柔顺性驱动器,但由于采用硅胶等非线性材料而存在明显的迟滞现象,并且其滞环参数随着负载的不同而变化。本文基于广义Prandtl-Ishlinskii迟滞模型,引入气动肌肉的负载参数,建立了计及动态负载的迟滞模型Load-dependent generalized Prandtl-Ishlinskii(LGPI)。在0~100N的负载范围内进行实验,验证了该模型能较好地描述气动肌肉在动态负载作用下的不对称迟滞特性,其滞环回路位置误差最大不超过1mm。将LGPI模型的逆作为PID控制的前馈环节,以控制气动肌肉驱动的机械单指灵巧手手指,在不同负载下进行角度跟踪实验。与无前馈的PID控制实验结果对比分析表明,增加基于LGPI模型的前馈环节能提高控制系统的响应速度和控制精度。

关键词：灵巧手气动肌肉 Prandtl-Ishlinskii 迟滞动态负载

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结合深度学习与支持向量机的金属零件识别

中国图象图形学报 2019年第12期24卷 2233-2242页

作者：郑健红鲍官军张立彬荀一陈教料浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室

目的在视觉引导的工业机器人自动拾取研究中,关键技术难点之一是机器人抓取目标区域的识别问题。特别是金属零件,其表面的反光、随意摆放时相互遮挡等非结构化因素都给抓取区域的识别带来巨大的挑战。因此,本文提出一种结合深度学习和... 详细信息

目的在视觉引导的工业机器人自动拾取研究中,关键技术难点之一是机器人抓取目标区域的识别问题。特别是金属零件,其表面的反光、随意摆放时相互遮挡等非结构化因素都给抓取区域的识别带来巨大的挑战。因此,本文提出一种结合深度学习和支持向量机的抓取区域识别方法。方法分别提取抓取区域的方向梯度直方图(HOG)和局部二进制模式(LBP)特征,利用主成分分析法(PCA)对融合后的特征进行降维,以此来训练支持向量机(SVM)分类器。通过训练Mask R-CNN(regions with convolutional neural network)神经网络完成抓取区域的初步分割。然后利用SVM对Mask R-CNN识别的抓取区域进行二次分类,完成对干扰区域的剔除。最后计算掩码完成实例分割,以此达到对抓取区域的精确识别。结果对于随机摆放的铜质金属零件,本文算法与单一的Mask R-CNN及多特征融合的SVM算法就识别准确率、错检率、漏检率3个指标进行了比较,结果表明本文算法在识别准确率上较Mask R-CNN和SVM算法分别提高了7%和25%,同时有效降低了错检率与漏检率。结论本文算法结合了Mask R-CNN与SVM两种方法,对于反光和遮挡情况具有一定的鲁棒性,同时有效地提升了目标识别的准确率。

关键词：目标识别多特征融合支持向量机深度学习实例分割

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非完全对称气动柔性弯曲关节力学特性实验

农业机械学报 2014年第11期45卷 337-342,323页

作者：邵铁锋张立彬都明宇鲍官军罗鑫远杨庆华浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室杭州310018 中国计量学院工程训练中心杭州310032

为改进柔性机器人驱动器结构及数学模型,提出了一种非完全对称气动柔性弯曲关节及其数学模型。为了实现其实时闭环控制系统,进一步简化了原有数学模型,并对其力学特性进行了实验研究。搭建了力学特性实验平台,并对两种不同规格(长度分别... 详细信息

为改进柔性机器人驱动器结构及数学模型,提出了一种非完全对称气动柔性弯曲关节及其数学模型。为了实现其实时闭环控制系统,进一步简化了原有数学模型,并对其力学特性进行了实验研究。搭建了力学特性实验平台,并对两种不同规格(长度分别为40、60 mm)的关节进行了测试。采用Matlab曲线及曲面工具箱对测试结果进行分析,得到了新型气动柔性弯曲关节的经验模型。该经验模型表明气动柔性弯曲关节的弯曲角度与初始长度、关节内外气压差、输出力之间存在非线性关系。与简化的数学模型比较,该经验模型具有更高的精度,其中输出角度模型相对误差平均值小于6.7%,输出力模型相对误差平均值小于2%。同时,该经验模型纠正了原有数学模型中,认为关节初始长度与弯曲角呈正比的错误结论。

关键词：气动柔性弯曲关节力学特性经验模型曲面拟合

基于摆线运动的黄瓜采摘机器人终端滑模轨迹跟踪控制

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农业工程学报 2009年第5期25卷 94-99页

作者：杨庆华王燕高峰鲍官军荀一钱少明张立彬浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室杭州310032

黄瓜采摘机器人是机器人技术在农业中的具体应用,而快速稳定地到达目标采摘点的轨迹规划则是黄瓜采摘机器人研究的主要内容之一。根据摆线运动曲线光滑,并能在有限区间的端点产生零速度和零加速度的特点,将其应用于黄瓜采摘机器人关节... 详细信息

黄瓜采摘机器人是机器人技术在农业中的具体应用,而快速稳定地到达目标采摘点的轨迹规划则是黄瓜采摘机器人研究的主要内容之一。根据摆线运动曲线光滑,并能在有限区间的端点产生零速度和零加速度的特点,将其应用于黄瓜采摘机器人关节空间的轨迹规划,该方法计算简单,实时性好。同时,为了实现对期望轨迹的精确跟踪,构造了一种快速非奇异的终端滑模控制器,采用指数和幂次结合的趋近率方法,引入非线性滑模面,突破了普通滑模控制器在线性滑模条件下渐进收敛的特点,并且不会出现传统终端滑模控制的奇异性和抖振问题。李亚普诺夫稳定性分析和仿真试验证明:它能够准确的跟踪期望轨迹,并能使位置跟踪误差在有限时间内收敛到零,响应时间短,跟踪效果好。

关键词：黄瓜采摘机器人轨迹跟踪控制摆线运动终端滑模

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国内高校机器人研究现状分析

机械 2018年第6期45卷 37-42页

作者：罗向阳鲍官军浙江省机械工业情报研究所浙江杭州310009 浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310014

针对目前国内高校机器人领域的相关研究进展问题,运用文献计量分析方法,对近8年来的相关文献进行了研究。以"机器人"为主题词,对知网和万方数据库进行检索,并应用数据库过滤统计方法对数据进行计量分析,包括研究热点方向、研究方向在各... 详细信息

针对目前国内高校机器人领域的相关研究进展问题,运用文献计量分析方法,对近8年来的相关文献进行了研究。以"机器人"为主题词,对知网和万方数据库进行检索,并应用数据库过滤统计方法对数据进行计量分析,包括研究热点方向、研究方向在各个高校的分布、主要研究人员和学校分布、主要方向的年度发文量趋势统计与预测等。研究结果表明,随着国内机器人使用比例的提升及应用范围的扩大,高校正在不断努力推进机器人的研究工作,并带动机器人市场蓬勃发展。

关键词：机器人文献计量过滤统计高校学位论文

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气动柔性扭转关节动态特性研究

农业机械学报 2010年第6期41卷 204-207,226页

作者：鲍官军王志恒杨庆华邵铁锋高峰张立彬浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室杭州310032 中国计量学院工程训练中心杭州310018

基于力矩平衡原理建立了气动柔性扭转关节的基本动力学模型,基于绝热气体能量守恒方程建立了扭转关节FPA的充放气动态模型。分析了FPA初始壁厚、FPA平均半径、FPA初始角度、管接头出口面积等参数对扭转关节动态特性的影响。仿真结果表明... 详细信息

基于力矩平衡原理建立了气动柔性扭转关节的基本动力学模型,基于绝热气体能量守恒方程建立了扭转关节FPA的充放气动态模型。分析了FPA初始壁厚、FPA平均半径、FPA初始角度、管接头出口面积等参数对扭转关节动态特性的影响。仿真结果表明:FPA初始壁厚、平均半径和初始角度对扭转关节转角和动态过程的影响较大,管接头出口面积对扭转关节转角和动态过程没有影响。实验结果与仿真分析基本吻合,表明建立的气动柔性扭转关节模型能够准确地描述其动态过程及特性。

关键词：扭转关节气动柔性驱动器动态特性

基于FPA的气动柔性手指康复器及其控制系统

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中国机械工程 2014年第13期25卷 1724-1728,1743页

作者：黄鹏程杨庆华鲍官军林雪张立彬金华职业技术学院金华321000 浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室杭州310014 浙江省农业机械研究院金华321000

针对现有手指康复器在柔顺性、适用性和安全性方面存在的不足,基于气动柔性驱动器(FPA)设计了一种气动柔性手指康复器,以采用压缩气体驱动并以橡胶材料为主体设计的基于FPA的柔性弯曲关节代替传统的纯机械式结构。根据手指康复器仿生康... 详细信息

针对现有手指康复器在柔顺性、适用性和安全性方面存在的不足,基于气动柔性驱动器(FPA)设计了一种气动柔性手指康复器,以采用压缩气体驱动并以橡胶材料为主体设计的基于FPA的柔性弯曲关节代替传统的纯机械式结构。根据手指康复器仿生康复的任务要求,设计具有三大模块的控制系统:模式识别模块负责通过采集和分析手指表面肌电信号(sEMG)对主体的动作意图进行识别,并生成康复运动训练方案;角度反馈模块采用AS5045芯片实时检测康复器运动状态并将数据信息反馈至主控制器;主控制模块控制上述训练方案和康复器运动状态实时反馈信号以驱动康复器完成运动训练。实验结果表明,康复器两个关节弯曲期望值为15°和30°时的稳态误差小于0.6°,提出的控制系统能很好地完成sEMG的识别、康复器运动信息检测与反馈和康复训练任务,证明了手指康复器及其控制系统是可行的、有效的。

关键词：手指康复器气动柔性驱动器表面肌电信号神经网络

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基于广义刚度的多指手抓持稳定性分析

高技术通讯 2022年第3期32卷 303-313页

作者：谢贤铨陈志培陶志成胥芳鲍官军浙江工业大学机械工程学院杭州310023

近年来,仿人灵巧手成为热门的研究方向,大量学者对灵巧手抓持稳定性进行了研究。刚度是影响灵巧手抓持稳定的一个重要因素,本文基于旋量理论综合研究了灵巧手关节刚度和接触刚度与扰动力作用下的被抓持物体位姿变化的关系,在旋量空间中... 详细信息

近年来,仿人灵巧手成为热门的研究方向,大量学者对灵巧手抓持稳定性进行了研究。刚度是影响灵巧手抓持稳定的一个重要因素,本文基于旋量理论综合研究了灵巧手关节刚度和接触刚度与扰动力作用下的被抓持物体位姿变化的关系,在旋量空间中得出了广义刚度。并针对扰动力造成的软指与物体间的滚动情况,提出了一种等效接触切向刚度的方法。在广义刚度的基础上提出了扰动力椭球的概念,并以此定义了一种抓持稳定性指标。最后,设计了一个三指灵巧手对建立的理论模型进行了实验验证,证明了理论模型的有效性。

关键词：关节刚度接触刚度灵巧手抓持稳定性扰动力

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面向软体多指手的指尖接触力学建模

高技术通讯 2020年第4期30卷 391-401页

作者：陈凌峰张亚琪马小龙蔡世波鲍官军浙江工业大学机械工程学院杭州310023

近年来,软体机器人成为热门的研究方向,使用软材料制造的软体机械手也引起了国内外学者的关注。软体多指手与目标物体的作用机理和数学模型是进行多指灵巧手抓持规划的力学基础。本文以软指尖为研究对象,提出了软指尖和目标物体的正向... 详细信息

近年来,软体机器人成为热门的研究方向,使用软材料制造的软体机械手也引起了国内外学者的关注。软体多指手与目标物体的作用机理和数学模型是进行多指灵巧手抓持规划的力学基础。本文以软指尖为研究对象,提出了软指尖和目标物体的正向接触模型,并且使用微积分的方法得出了软指尖和目标物体接触面上的接触力分布、接触摩擦力矩分布等情况,揭示了软指尖和目标物体之间的作用机理。进一步提出更加一般化的软指尖接触静态弹性模型,建立了接触角、变形量以及接触力之间的数学模型。最后,对提出的理论模型进行了有限元仿真和实验验证,证明了理论模型的有效性。

关键词：软指尖接触力微积分有限元仿真